Rezervorul de caldura

Rezervorul de căldură

Oferta de energie solară nu corespunde întotdeauna cererii, astfel încât rezervorul de căldură (numit, pe scurt, rezervor) are rolul de a prelua surplusul oferit de colector și de a-l păstra pentru perioadele în care cantitatea de radiație solară este redusă. Ideal ar fi fost să existe un rezervor care să preia toată căldura produsă de colector, să o păstreze pentru perioade oricât de lungi — și fără pierderi termice – să aibă dimensiuni mici și să nu coste prea mult. Disponibilitatea unui astfel de rezervor ar însemna o revoluție nu numai în domeniul tehnologiei solare, ci și în întreaga tehnologie energetică. Chiar dacă pare utopic, dintr-o singură privire ne putem da seama cât de important este rezervorul. Practic este vorba despre patru aspecte: capacitatea de înmagazinare a căldurii (capacitate de acumulare), pierderile termice și optimizarea raportului dimensiune/preț.

Îmbunătățirea rezervoarelor a reprezentat în ultimii ani scopul multor cercetări și dezvoltări în domeniu. Rezervorul, a fost astfel apreciat ca fiind centrala instalatei solare, în special ceea ce privește instalațiile combi racordate la sistemul de încălzire a încăperilor. Nenumăratele forme de construcție împiedică obținerea unei vederi de ansamblu în ceea ce privește oferta rezervoarelor de căldură, căci „promisiunile” din reclame sunt privite cu ochi critici. De aceea, se vor enumera în cele ce urmează câteva condiții de bază care permit aprecierea calității diferitelor tipuri de rezervoare.

Rezervorul pentru apă caldă

Capacitate de înmagazinare

Capacitatea de înmagazinare depinde de volum și de tipul de înmagazinare. În principiu se remarcă două tipuri de rezervoare: cele chimice și cele termice.

Rezervoarele chimice ne sunt familiare din viața de zi cu zi și sunt folosite pentru petrol, gaz sau benzină. Energia din aceste lichide există sub formă de energie lichidă și se eliberează prin ardere. De exemplu, un litru de benzină conține o energie de aproximativ 10 kWh. Din păcate, până în momentul de față nu s-a obținut transformarea eficientă a procesului chimic de eliberare a energiei.

Acesta este motivul pentru care căldura se înmagazinează numai in rezervoare termice. Rezervoarele termice sunt împărțite și ele pe două categorii: există rezervoare pentru căldura latentă și rezervoare pentru căldura sensibilă. Atunci când căldura intră în rezervor, temperatura acestuia crește și invers.

Dimensiunile rezervorului

Esențiale sunt în acest caz răspunsurile la întrebările:

• Câtă energie trebuie înmagazinată?
• Cât de mare trebuie să fie rezervorul?

În cazul instalațiilor pentru pregătirea apei calde, capacitatea de înmagazinare, respectiv volumul necesar de acumulare diferă în funcție de consumul sau necesarul zilnic de apă caldă. Trebuie să se ia în considerare și particularități comportamentale ale consumatorului (de exemplu în întreprinderile unde se lucrează pe schimburi, dimineață și seara se ating limitele maxime de consum). De exemplu, o familie cu 4 membri are un necesar zilnic de apă caldă de cca. 10 kWh.

Dacă necesarul de energie este cunoscut, atunci volumul rezervorului depinde de materia folosită pentru înmagazinarea de căldură, unde o însemnătate aparte nu o are capacitatea termică specifică ce se calculează în funcție de masă, ci capacitatea termică volumetrică. Cu alte cuvinte, capacitatea de acumulare a unei materii în funcție de volum. În acest caz, apa se află, de departe, în fruntea listei.

Volumul obișnuit pentru rezervoarele de locuințe variază intre 150 și 1000l. Principiul de bază este acela că un rezervor trebuie să poată înmagazina o cantitate de căldură de 1,5-2 ori mai mare decât necesarul zilnic. Acesta este motivul pentru care rezervoarele solare sunt semnificativ mai mari decât rezervoarele pentru apă caldă din cadrul instalațiilor de încălzire convenționale care pot acumula, pe lângă necesarul zilnic, căldura pentru încă o zi sau chiar mai puțin. Volumul acestora din urmă este însă suficient, deoarece combustibilul este oricând la dispoziție.

Rezervorul pentru căldura latentă

În cazul în care starea de agregare se schimbă (de exemplu, la trecerea din stare solidă în stare lichidă sau din stare gazoasă), sunt necesare cantități de căldură relativ mari (se înmagazinează), respectiv se eliberează. Pentru transformarea gheții în apă la 0°C este nevoie de tot atâta energie cât pentru încălzirea apei la 80°C. Această energie termică este cunoscută sub denumirea de energie „latentă”, întrucât nu se schimbă temperatura pe toată durata topirii. Din nefericire, cantitatea de energie care se dezvoltă atunci când apa îngheață la 0°C nu poate fi folosită în mod direct pentru încălzirea încăperilor din cauza temperaturilor joase.

Se inventează și cercetează materiale a căror transformare a stării de agregare să ducă la formarea unor temperaturi mai ridicate și mai ușor de utilizat, cum ar fi parafina cu 20— 90°C sau hidrații sărurilor cu 25 — 70°C. Avantajul rezervoarelor pentru căldura latentă, fată de rezervoarele obișnuite este reprezentat de o capacitate de înmagazinare semnificativ mai mare, precum și de faptul că nivelul temperaturilor la intrare și ieșire nu variază prea mult (din cauza schimbării stării de agregare).

În practică, din nefericire, acesta nu este un proces fără probleme. Unele materii își modifică unele proprietăți și își pierd capacitatea de înmagazinare ca urmare a răcirilor și încălzirilor repetate, altele prezintă probleme majore la schimbătorul de căldură. Deși se lucrează de ani buni la crearea unor rezervoare pentru căldura latentă, nu există încă pe piață niciun produs perfect, de încredere, potrivit pentru pregătirea apei calde menajere sau pentru încălzirea încăperilor.

Pierderile termice

Pierderile termice sunt inevitabile atunci când avem de-a face cu căldura sensibilă. Apar imediat după ce materialul care înmagazinează căldura atinge o temperatură mai mare decât cea a mediului înconjurător și cresc direct proporțional cu diferența de temperatură.

Pentru diminuarea pierderilor termice, trebuie să se izoleze întreaga suprafață a rezervorului și să nu existe punți termice. Izolațiile trebuie să aibă a grosime de minim 10 cm și chiar și mai mult (chiar și 50 cm pentru înmagazinarea de sezon) și sunt indispensabile. Materialul izolant trebuie să aibă o conductivitate termică de 0,040 W/mK sau mai puțin. În acest sens, se recomandă utilizarea unor materiale izolante din fibră de cocos sau spumă poliuretanica moale.

Materialul izolant trebuie să se monteze pe peretele rezervorului. Pentru a evita punțile termice, nu trebuie să existe rosturi. Toate racordurile, în special racordul de evacuare a apei calde, trebuie foarte bine izolate pentru a se evita formarea punților termice și a pierderilor convective.

Pe cât de banale sună aceste indicații, pe atât de greu este să se pună în practică. Deosebit de dificil este racordul pentru evacuarea apei calde, pentru că apa care se răcește în conductă intră înapoi în rezervor. La rezervoarele solare, conducta de evacuare a apei calde este orientată în jos sau în lateral (inclinată în jos). Problema izolației se poate rezolva dacă se folosesc învelișuri termoizolatoare prefabricate, care să se potrivească exact dimensiunilor rezervorului. Nici partea laterală și nici racordurile de sub izolație nu sunt de neglijat. În funcție de numărul și mărimea (suprafața) acestor punți termice, pierderile termice se pot dubla, oricât de bun ar fi rezervorul!

Chiar dacă nu se fac abateri de la instrucțiuni și reguli, nu se poate evita faptul că o parte din căldura înmagazinată se pierde prin suprafața rezervorului, ceea ce înseamnă că rezervorul se golește de la sine după un timp, chiar dacă apa nu este evacuată. Aceste pierderi sunt proporționale cu suprafața (mărimea și forma) rezervorului, precum și cu diferența de temperatură dintre rezervor și mediul înconjurător.

În cele mai nefericite cazuri, pierderile termice cauzate de margini și racorduri prost izolate, se pot dubla. Numai astfel ne putem da seama de importanta unui rezervor bine construit și bine termoizolat.

Stratificaţia termică

O instalație solară pentru apa menajeră trebuie să încălzească apa în general la temperaturi cuprinse între 45 și 55°C. Un rezervor pentru apa menajeră cu un volum de 300 litri, umplut numai pe jumătate, poate oferi diferite temperaturi ale apei: un rezervor cu 150 litri de apă cu temperatura de 60°C și 150 litri de apă la 15°C are același conținut energetic cu un rezervor de 300 litri de apă cu o temperatură de 35°C. În primul caz, consumatorul va fi mulțumit de temperatura apei și va folosi cei 150 litri de apă caldă, în timp ce în cel de-al doilea caz, consumatorul se va vedea nevoit să încălzească apa din nou ulterior, convins fiind că temperaturile joase ale apei se datorează unei proaste funcționări a instalației solare.

În exemplul de mai sus, diferența constă din faptul că în rezervorul solar se creează straturi de temperatură. Apa rece este mai grea decât apa caldă. Stratificația termică din rezervor se creează, așadar de la sine. Pe lângă aceasta, apa are o conductivitate termică relativ mică, care îngreunează schimbul termic dintre straturile cu temperaturi diferite. Astfel, o stratificație termică se poate păstra pentru o perioadă mai lungă, atâta timp cât nu se amestecă cu o alta. În ceea ce privește rezervoarele convenționale, stratificațiile se amestecă între ele din cauza alimentării și evacuării necorespunzătoare cu apă sau din cauza formei rezervorului și se vorbește despre rezervoare monovalente sau moduri de funcționare monovalente. În cazul rezervoarelor solare, acestea sunt construite în așa fel încât se obține o stratificație termică stabilă, unde în partea de sus se află apa caldă cu o temperatură de utilizare, iar în partea de jos se află apa rece. Aici este vorba despre un rezervor bivalent sau un mod bivalent de funcționare.

Alimentarea și evacuarea

Procesele din timpul alimentării și evacuării apei au un rol decisiv pentru stratificația termică. Alimentarea și evacuarea apei din rezervor are loc în mod indirect prin schimbătorul de căldură sau direct, adică are loc atunci când rezervorul este din nou alimentat cu apă sau atunci când apa este evacuată.

Rezervoare cu alimentare și evacuare directă sunt cele mai simple. Căldura pătrunde în rezervor din partea de sus sub formă de apă caldă, apa rece este evacuată prin partea de jos spre sursa de energie, de exemplu spre colectorul solar. Exact ca un piston, apa caldă se mișcă de sus în jos atunci când rezervorul este realimentat și de jos în sus când se evacuează apă. Pentru ca stratificația să rămână optimă, apa caldă, respectiv cea rece care intră, trebuie să fie împinsă în poziție orizontală de apărători de tablă, iar procesul trebuie încetinit.

Rezervoarele cu alimentare și evacuare directă sunt simple și ieftine; colectorul solar este alimentat continuu cu apă rece și nu există pierderi termice. Cel mai mare dezavantaj al acestor rezervoare constă însă în faptul că circuitul solar și rezervorul nu se pot separa unuL de celălalt. Din această cauză nu se poate monta în circuitul solar niciun fel de substanță anti-îngheț. Sistemul trebuie golit în timpul iernii. Este potrivit numai pentru zonele climatice unde nu există pericol de îngheț.

Rezervoare cu alimentare directă și evacuare indirectă

Aici, evacuarea are loc prin intermediul unui schimbător de căldură situat în partea caldă, de sus, a rezervorului. Prin răcirea apei la evacuare se formează în rezervor un curent de convecție orientat în jos (apa rece „cade”), ceea ce duce la amestecarea apei din rezervor. Avantajele acestui sistem constau din următoarele:

• rezervorul nu trebuie expus la presiunea relativ mare a rețelei de apă rece (4 până la 6 bari)
• volumul inițial al rezervorului pentru apa potabilă este limitat la cantitatea mică din schimbătorul de căldură, astfel încât riscurile apariției germenilor sunt reduse, în special a bacteriei legionella.

Dezavantajul evacuării indirecte: la fiecare schimbător apar diferențe de temperatură care cauzează pierderi termice. În timp ce capacitatea din circuitul solar diferă (cca. 700 W/m² din suprafața colectorului), consumatorul se așteaptă la capacități maxime. Pentru a asigura o alimentare continuă de 10l/m (umplerea cu apă a căzii din baie) schimbătorul de căldură trebuie să aibă o capacitate de aproximativ 20kW. Pentru aceasta nu sunt necesare numai schimbătoare de căldură foarte eficiente (suprafețe mari de transformare), ci și apa din rezervor care intră in schimbătorul de căldură trebuie să fie cu 5 până la 10⁰C mai caldă decât temperatura apei de evacuare.
Din cauza dezavantajelor alimentării directe, rezervoarele de acest tip nu sunt așa răspândite.

Rezervoare cu alimentare indirectă și evacuare directă^.

Rezervoarele cu alimentare indirectă și evacuare directă sunt rezervoarele cel mai des utilizate pentru încălzirea solară a apei menajere din spațiul Europei Centrale. Prin împărțirea circuitului solar, acesta din urmă poate beneficia de un amestec de apă cu substanță antigel pentru ca rezervorul să poată fi folosit și pe timp de iarnă. Pe partea superioară a schimbătorului de căldură (intern) se formează la alimentarea rezervorului un curent de convecție orientat în sus. Acesta determină în cele din urmă amestecarea apei. Evacuarea, însă, are loc stratificat.

Rezervorul prezintă caracteristica avantajoasă a alimentării și evacuării directe, deși circuitul solar și cel al rezervorului sunt separate unul de celălalt  printr-un transformator extern. Trebuie, însă, să se ia în calcul pierderile termice suplimentare ale schimbătorului de căldură, cheltuielile suplimentare pentru racordarea țevilor și cheltuiala pentru o pompă suplimentară. De aceea, rezervoarele cu schimbător extern de căldură sunt folosite de obicei pentru instalațiile mai mari.

Rezervoarele cu alimentare și evacuare indirectă

La rezervoarele cu alimentare și evacuare directă, apa intră și iese printr-un schimbător de căldură, ceea ce duce la apariția caracteristicilor deja amintite. Apa acumulată de circuitul solar este separată de cea din circuitul consumatorului, astfel încât să poată fi folosită pentru un al treilea circuit, de exemplu pentru circuitul de încălzire. Acest tip de rezervor se folosește în special la instalațiile solare complementare sistemului de încălzire.

Detalii ale construcției

Stratificația nu este influențată numai de tipul alimentării și al evacuării, ci și de următoarele detalii ale construcției:

• formele subțiri, așezate vertical avantajează forța ascensională a apei calde în rezervor. La instalațiile convenționale de încălzire, rezervoarele de apă se montează de obicei orizontal pentru o bună amestecare a apei; în cazul asanării instalațiilor vechi de încălzire trebuie —atâta timp cât procesul nu este complet încheiat — să se instaleze un rezervor vertical mai mare pentru pregătirea de apă caldă (cu posibilitatea de montare a unui schimbător pentru căldura solară). Între timp, pe lângă forma clasică cilindrică au intrat în fabricație rezervoare verticale, cu forma ovala, care se potrivesc mai bine, pentru că intră mai ușor pe ușă.
• apa rece care curge în jos: modul scurgerii împiedică amestecarea apei în rezervor.
• apa calda care se duce in sus: este valabil același principiu ca la exemplul de mai sus.
• alimentare cu energie solară: la rezervoarele „clasice”, căldura solară pătrunde printr-un schim­bător intern de căldură (o conductă spiralată) în treimea inferioară a rezervorului. Căldura ajunge din acest schimbător de căldură în partea superioară a rezervorului datorită efectului de termosifon, astfel având loc amestecul. Între timp, aproape toți producătorii oferă rezervoare stratificate pentru a înmagazina direct apa caldă cu temperatura aferentă sau pentru a evita amestecul. Câștigul de energie este astfel cu 5% mai mare decât la alte tipuri de rezervoare. Este vorba de cele mai multe ori despre piese integrate în rezervor sub formă de conducte prin care apa caldă urcă atât de mult până când ajunge la un strat care are aceeași temperatură. Ca alternativă există rezervoarele cu două schimbătoare de căldură, unul pentru partea superioară a rezervorului, care are rolul de a înregistra atunci când instalația solară a aprovizionat rezervorul cu o cantitate suficientă de apă caldă și unul pentru partea inferioară, atunci când temperaturile sunt mai scăzute.

Atunci când alimentarea are loc prin intermediul unui schimbător extern de căldură, unii producători oferă rezervoare cu diferite înălțimi pentru o stratificare mai bună. Toate ordonările trebuie să fie în așa fel construite încât să permită trecerea înapoi către colector a unei cantități cât mai mare de apă răcită (din partea cea mai joasă a rezervorului). Aceasta are scopul de a asigura condiții optime de funcționare a instalației solare.

Siguranța rezervorului

La o cantitate crescută de radiații și la un consum redus de apă caldă (de exemplu în vacanță), temperatura din rezervor poate ajunge la valori nedorit de mari, în unele situații chiar la temperaturi periculoase. Se pot obține temperaturi în sistem care depășesc 100°C. Acestea pot duce nu numai la apariția riscului extrem de fierbere sau, la depășirea pragului de 60°C la erodări calcaroase puternice, ci și la formarea aburului în rezervor, ceea ce ar acționa asupra ventilului de siguranță. Există mai multe măsuri eficiente, deja puse în practica pentru a asigura o limitare automată a temperaturii sub 95°C.

Rezervoarele de apă și formele lor

Rezervoarele de apă se împart pe categorii în funcție de următoarele criterii:

• în funcție de scopul utilizării

– rezervor pentru apa menajeră numai pentru utilizarea de apă caldă,

– rezervorul tampon: numai pentru sistemul de încălzire,

– rezervor combi: pentru apa caldă și încălzire

• în: funcție de materialul din care este construit rezervorul

– rezervor din oțel,

– rezervor din oțel superior sau

– rezervor din material sintetic

• în funcție de presiunea din rezervor:

– rezervor presurizat și

– rezervor nepresurizat.

Rezervorul de apă caldă

Dacă rezervorul este racordat direct la rețeaua publică de apă caldă, adică se umple cu apă pota­bilă, atunci poartă denumirea de rezervor de apă potabilă.

Atunci când avem de-a face cu apa potabilă trebuie să se ia în considerare nenumărate reguli și în special în ceea ce privește igiena. Mai mult decât atât, din cauza apei potabile, riscul de coroziune este mai mare pentru că apa potabilă conține relativ mult oxigen cu care rezervorul vine în contact. Din cauza faptului că rezervorul este alimentat și evacuat permanent, oxigenul pătrunde continuu, spre deosebire de instalațiile de încălzire, unde în circuit este reîncălzita mereu aceeași apa. După scurt timp, oxigenul se evaporă și, de aceea, este vorba despre apă care nu conține oxigen, apă plată sau moartă.

Rezervoarele de apă potabilă sunt cunoscute din tehnologia convențională de încălzire. Un rezervor mic de apa potabilă nu se regăsește doar în instalațiile de încălzire centrală, ci și în sistemul necentralizat de încălzire a apei. Rezervoarele de apă potabilă nu sunt greu de instalat și orice instalator le poate monta. Racordurile și lianții sunt standardizați și disponibili peste tot. Rezervoarele de apă potabilă sunt o componentă standard din cadrul instalațiilor solare. Volumul acestui tip de rezervoare începe de la 100 litri, iar capacitatea obișnuită pentru instalațiile solare este cuprinsă între 300 și 500 litri.

Rezervoarele tampon

Rezervoarele tampon sunt rezervoare cu acumulare de energie, ceea ce înseamnă că au de obicei un volum mare de înmagazinare. Fac parte de mult timp din sistemul convențional de încălzire și, de ceva mai puțin timp, din sistemele de încălzire a apei menajere sau încălzire combinate, însă sunt din ce în ce mai des folosite în aceste ultime două domenii. De obicei, se umplu cu apă din circuitul de încălzire, așadar cu apă puțin corozivă, care nu conține oxigen. Astfel, energia acumulată pentru încălzire se poate folosi în mod direct.

Rolul tamponului de căldură este de a evita pornirea sau oprirea prea frecventă a încălzitorului sau a pompei de căldură. Prin intervalele mai lungi de funcționare a încălzitorului se obțin o durată de viață mai lungă, un grad de utilizare mai mare, precum și o emisie redusă de materiale toxice ale instalației de încălzire, în special în ceea ce privește pompele de căldură și cazane care funcționează pe baza materialelor solide. Rezervoarele tampon se montează deseori și atunci când se modernizează instalațiile de încălzire, prin montarea unei instalații solare, dacă există deja un rezervor bun din punct de vedere calitativ pentru apa menajeră și dacă acesta este prea mic pentru instalația solară și/sau nu trebuie montate ulterior schimbătoare pentru căldura solară.

Acest tip de rezervoare tampon câștigă teren în ceea ce privește instalațiile solare cu sistem de încălzire pentru apa menajeră și de susținere a sistemului de încălzire, pentru că oțelul din care este fabricat cazanul este rezistent împotriva coroziunii apei. Aceasta înseamnă că nu sunt necesare măsuri suplimentare de protecție împotriva coroziunii și de aceea rezervoarele tampon sunt rentabile. Atât alimentarea, cât și evacuarea rezervorului are loc în mod indirect prin intermediul schimbătorului de căldură. Această formă de evacuare mai poartă numele și de stație de apă proaspătă, căci singura parte a rezervorului care conține apă proaspătă este partea destinată consumatorului. Are un volum relativ mic, deoarece conține doar cantitatea de apă din schimbătorul de căldură și conducte.

Rezervoarele tampon au un volum cuprins între câteva sute de litri și până la câteva mii de m³ pentru alimentarea cu apă caldă la distanță. Dimensiunile accesibile din domeniul tehnologiei solare variază între 650 și 1200 l.

Rezervor combi

Rezervoarele combi sunt îmbinare între rezervoarele de apă menajeră și rezervoarele tampon și se montează în cadrul sistemelor de încălzire a apei menajere cu susținere a sistemului de încălzire. Rezervoarele combi funcționează pe baza apei cu un conținut redus de oxigen. Există în mare două tipuri de rezervoare combi:

• un rezervor mai mic, plin cu apă menajeră, se află fix montat în partea de sus a rezervorului tampon mare. Astfel, apa menajeră este separată de apa din rezervor (de exemplu de apa destinată sistemului de încălzire) și, în același timp, căldura din interiorul rezervorului tampon se poate transfera apei menajere. În fine, rezervorul cu apă menajeră este racordat la rețeaua de apă rece. Acest tip de rezervoare mai poartă și denumirea de „rezervor în rezervor”.
• cea de-a doua formă de construcție este reprezentată de apa menajeră care este încălzită de către un schimbător de căldură intern, de cele mai multe ori în formă de tub spiralat din oțel superior sau din cupru. Apa rece din rețeaua publică de apă potabilă intră dacă este necesar (prin deschiderea unui robinet) de jos în sus prin acest tub spiralat, de obicei peste înălțimea totală a rezervorului și astfel se încălzește. Este vorba despre un încălzitor continuu. Unii producători descriu aceste rezervoare ca fiind rezervoare pentru apa proaspătă, vorbind, de aceea, despre o stație de apă proaspătă, ceea ce pentru necunoscători poate fi destul de neclar.

Avantajul celei de-a doua forme de construcții constă din faptul că în schimbătorul spiralat de căldură pentru apa potabilă nu se află decât un volum mic de apă, cu o temperatură fixă, ceea ce înseamnă că multiplicarea bacteriei legionella este destul de redusă. Un alt avantaj constă din faptul că „rezervorul în rezervor” are un raport mai bun preț — randament și, datorită volumului mai mare pus la dispoziție, nu există, practic, scăderi de temperatură atunci când apa este evacuată.

Rezervoarele tip combi se găsesc pe piață cu dimensiuni cuprinse între câteva sute de litri și până la 2.000 litri, în timp ce dimensiunile din tehnica solară variază între 500— 1000 litri.

Rezervoarele din otel

În tehnica solară se folosesc în principiu rezervoarele din oțel. Rezervoarele pentru apa menajeră sunt emailate împotriva coroziunii. Rezervoarele din otel sunt ieftine, rezistente și pot avea o durată de viață foarte lungă dacă nu apar deteriorări ale emailării în timpul transportului. Deteriorări apar din păcate chiar în timpul procesului de fabricatie, sub forma unor suprafețe mici (de până la 20 cm²/m²) unde oțetul nu este emailat. Acesta este motivul pentru care trebuie să se ia măsuri împotriva coroziunii, în special dacă se montează un schimbător de căldură din cupru. De obicei, se folosește magneziu, așa-numitul „anod de sacrificiu”. Fără acest anod, care se consumă în timp, ar exista pericolul ca ionii de cupru din sistemul de racordare sau din schimbătorul de căldură să se depună pe locurile unde emailarea lipsește și, astfel, să se producă găuri ale peretelui rezervorului din cauza coroziunii. Elementul de magneziu, care trebuie să fie conducător de electricitate asociat cu rezervorul, are rolul de a-l proteja împotriva coroziunii. Deoarece anodul de metal se consumă in timp, ar trebui verificate și înlocuite la fiecare 3-5 ani (chiar și mai devreme, dacă schimbătoarele de căldură din cupru au suprafețe mai mari).

Indiciu pentru montarea practică: înlocuirea unuia dintre anozii instalați în partea de sus poate fi problematică și presupune golirea și răsturnarea rezervorului. Se recomandă în multe cazuri instalarea unor anozi mai scumpi cu sursă de energie străină în locul anozilor de magneziu. Acești anozi dispun de un mic sistem de control, adică de un „potenţiostat”, formându-se astfel un curent de protecție (nepericulos) în rezervor care are rolul de a împiedica depunerea ionilor de cupru pe suprafețele neemailate. Costurile consumului de curent ale acestui aparat (racordare la rețea) sunt foarte mici, asigurând, pe de altă parte, o protecție sigură împotriva coroziunii pe o perioadă foarte lungă de timp.

Pentru racordarea circuitului colectorului la schimbătorul de căldură din rezervor trebuie să se monteze — tot cu rol de protecție împotriva coroziunii — materiale sintetice al căror rol este de a izola electric conductele circuitului colectorului de rezervor. Rezervoarele și conductele transportatoare de căldură trebuie împământare într-un loc comun.

Rezervoarele de tip tampon și cele de tip combi, pline cu apă caldă cu o cantitate redusă de oxigen și nu cu apă potabilă sunt fabricate din otel simplu și ieftin și nu necesită măsuri suplimentare de protecție împotriva coroziunii.

Rezervoarele din oțel superior

Rezervoarele din oțel superior se caracterizează printr-o rezistență bună împotriva coroziunii și printr-o durată de viață corespunzătoare, fără a fi nevoie de măsuri deosebite împotriva coroziunii. Cu toate acestea, procesul de fabricare este mai dificil și, de aceea, rezervoarele din oțel superior sunt semnificativ mai scumpe decât cele din otel emailat. Cu toate acestea există unii producători care preferă acest material, pornind de la premisa că elementul din magneziu, din cauza anozilor de sacrificiu care se depun în timp pe fundul rezervorului, ar putea fi un loc propice formării germenilor. În cazul rezervorului tip „rezervor în rezervor”, rezervorul intern de apă potabilă este de cele mai multe ori fabricat din oțel superior.

Rezervoarele din material sintetic

Rezervoarele de căldură din material sintetic nu sunt foarte răspândite. Rezervoarele sintetice nu sunt deloc rezistente la presiune, astfel încât nu pot fi montate decât ca rezervoare nepresurizate. Mai mult decât atât, rezistența pe termen lung a celor mai multe materiale sintetice cedează la temperaturi de peste 80°C. Pe de altă parte, materialul sintetic este un material foarte ieftin, care nu presupune măsuri de protecție împotriva coroziunii și este și ușor ca greutate. Prin dezvoltarea sistemelor de alimentare și evacuare, s-au inventat între timp și câteva rezervoare nepresurizate care pot fi folosite la instalațiile solare.

Rezervoarele cu presiune

Pentru pregătirea solară de apă caldă se folosesc în general rezervoare de apă menajeră cu racord direct la rețeaua generală de apă rece. Aceste rezervoare cu presiune pentru apa menajeră trebuie să fie configurate pentru presiunea rețelei de apă rece. De cele mai multe ori sunt fabricate pentru o presiune de maxim 8-10 bari. Materialul din care sunt construite este oțelul sau oțelul superior. Trebuie să se ia însă măsuri speciale de siguranță pentru că apa din rezervor se dilată atunci când se încălzește (creșterea presiunii).

Rezervoare nepresurizate

Rezervoarele nepresurizate au avantajul, față de rezervoarele cu presiune, că sunt mai simple și mai ieftine, un lucru important în special pentru volumele mari de înmagazinare. De multe ori se pot monta și rezervoare care, în mod normal, s-ar monta în alte domenii, dar se află pe piață sub forma unui produs de masă. Acesta este cazul rezervoarelor de combustibili, al rezervoarelor din industria băuturilor, al celor pentru apa din agricultură etc,

Datorită alimentării și evacuării directe, un rezervor nepresurizat poate fi integrat cu un sistem de distribuție a căldurii cu o presiune de 2 bari (încălzire, circuit solar închis) sau chiar și cu o suprapresiune de 4 până la 6 bari (aprovizionare cu apă menajeră).

Elemente interioare, racorduri, anexe

Pentru racordarea țevilor, rezervoarele sunt prevăzute cu o serie de deschideri și flanșe.

Schimbătorul de căldură: Schimbătoarele de căldură pentru alimentarea indirectă și evacuarea indirectă se montează fie în interiorul rezervorului sub forma unui sistem fix de țevi neted sau cu nervuri, fie în exteriorul rezervorului, sub formă de schimbător cu plăci.

Rezervoarele cu flanșe sunt concepute îndeosebi pentru schimbătoarele cu țevi prevăzute cu nervuri. Suprafața transformatoare se poate adapta scopului de utilizare și suprafeței instalației, iar schimbătorul de căldură se poate scoate din rezervor dacă este nevoie (pentru decalcifiere). În cazul rezervoarelor cu mai multe flanșe există posibilitatea de a monta în interior mai multe schimbătoare de căldură.

Rezervoarele fără elemente interioare și fără flanșe nu pot beneficia ulterior decât de un schimbător de căldură extern cu rolul de rezervor solar.

În cazul rezervoarelor de apă menajeră se montează pentru încălzirea ulterioară a apei menajere un al doilea schimbător de căldură, situat în partea superioară a rezervorului. Acesta este racordat la circuitul de încălzire. Volumul de apă care necesită o încălzire ulterioară este stabilit de către acest schimbător de căldură. Pentru încălzirea ulterioară cu curent electric — nerecomandată de altfel – unele rezervoare au o deschidere de 1 1/2″ prin care se poate înșuruba un element electric de încălzire. În acest caz înălțimea de montare este aceea care stabilește volumul pentru încălzirea ulterioară.

În cazul rezervoarelor tampon și al celor de tip combi, încălzirea ulterioară poate avea loc fie prin intermediul schimbătorului de căldură (montat intern sau extern), fie în mod direct, întrucât aceste rezervoare conțin apă destinată încălzirii. Suprafețele schimbătoarelor de căldură trebuie să aibă dimensiuni corespunzătoare pentru randamentul termic.

Alte racorduri

În principiu mai există câteva deschideri, cum ar fi cele pentru termometru, termostat etc. sau chiar pentru montarea unei conducte de circulație. Toate racordurile trebuie să fie bine izolate. Pentru a ușura reparațiile, racordurile țevilor la rezervor sunt prevăzute cu șuruburi.

De cele mai multe ori, pe fundul rezervorului se poate vedea o flanșă care are rolul de curățare a calcarului sau a mizeriei care se depun ca urmare a dizolvării anodului de sacrificiu sau a impurităților apei.

Anexe

Mulți producători oferă elemente suplimentare pentru rezervoare, cum ar fi stațiile de apă proaspătă, stația solară cu toate componentele necesare unui circuit solar și sistemul de reglare. Astfel, rezervorul devine tot mai mult centrul instalatei solare, cu avantajul că multe din componente sunt deja preinstalate, iar instalațiile sunt mai compacte.

Rezervoarele de sezon

Toate rezervoarele descrise până acum fac parte din categoria rezervoarelor cunoscute și sub numele de rezervoare pentru o zi, dintre care unele, datorită volumului mare de înmagazinare, pot fi folosite și pentru acumularea pentru mai multe zile. Rezervoarele de sezon sunt, spre deosebire de cele descrise anterior, rezervoare cu dimensiuni mari pentru înmagazinarea de căldură pentru apa menajeră din timpul verii și până iarna. În funcție de necesarul de căldură rezervoarele pot avea un volum de 20, 50, 100, 200 m³ si chiar si peste 1.000 m³ (un milion de litri!). Rezervoarele foarte mari de aprovizionare cu căldură sunt uneori folosite pentru alimentarea unor întregi așezări. Din nefericire, proiectele-pilot promițătoare din acest domeniu nu au determinat un grad mai mare de răspândire a acestor rezervoare de mari dimensiuni.

Cu cât volumul de acumulare este mai mare, scad atât prețurile, cât și pierderile termice în comparație cu conținutul la căldură. La casele solare, rezervorul solar sezonal asigură necesarul de căldură pentru locuitori pe toată perioada anului.

O aprovizionare solară cu căldură pe toată durata anului este utopică, dar se poate observa peste tot tendința de a utiliza mai degrabă sisteme de încălzire pe baza radiației solare în combinație cu sisteme pe bază de energie fosilă sau instalații solare exclusiv, decât sisteme pe bază de energie fosilă în combinație cu sisteme solare.